利用V8多功能电法仪开展磁电法勘探方法技术研究

金仁贵，张金会，汪青松

(1.安徽工业经济职业技术学院，安徽 合肥 230051；2.安徽省勘查技术院，安徽 合肥 230031；3.安徽省电法勘探重点实验室，安徽 合肥 230031)

利用V8多功能电法仪开展磁电法勘探方法技术研究

金仁贵1，张金会2，3，汪青松2，3

(1.安徽工业经济职业技术学院，安徽 合肥 230051；2.安徽省勘查技术院，安徽 合肥 230031；3.安徽省电法勘探重点实验室，安徽 合肥 230031)

摘要：在浅覆盖区开展电法勘探时，由于存在供电电流易被低阻覆盖层吸收和深部电磁信号又被屏蔽减弱，薄层金属矿体难以识别的难题。基于突破高阻或低阻覆盖层屏蔽，获得有效矿致信号的思路，我们开展了磁电勘探法实验研究。采用V8系统与其他仪器设备组合，完成发射与接收工作。分别测量不同频率的交变电磁场对矿体激励所产生的磁场和电位，并计算磁频散率和电频散率。提取局部异常信息，对比研究识别矿体。在安徽省某金矿区薄层矿体识别取得了一定的效果，拓展了V8系统地质找矿中应用范围。

关键词：磁电勘探法；浅覆盖区；频散率；矿体识别；V8

1现状

1.1磁电勘探法

磁电勘探法，是属于探测磁场的传导类电法勘探，是在一般电法中将测量地面上两点间电位差，改成逐点观测磁场的一类勘探方法[1]。磁电勘探法中的多数变种方法通过观测磁场异常可以发现矿体。磁电勘探法主要包括磁电阻率法(MMR，MagnetometricResistivity)和磁激发极化法(MIP，MagneticInducedPolarization)。

磁电勘探法具有穿透覆盖层的能力，由于电流的磁场可以穿透空间介质，因此从地下异常电流源到地面(或地面以上空间)的测点之间，异常电流磁场可以穿透高阻或低阻层，获得较好的磁场信号，这也是磁电勘探法的一个重要优点，也是本研究的一个出发点。

1.2研究现状

磁电勘探法作为电法的一个分支，与一般电法相比，其理论、方法和应用还不够成熟。目前国内外对磁电勘探法的研究主要集中在对一次电流场引起的磁异常的研究，对于二次极化电流引起的磁异常的研究相对较少。至于利用磁电勘探法建立的电磁场结合开展人工电场法的研究，尚未有先例。

国际方面，1933年Jakosky在他的一项专利中提出了使用磁电阻率法进行野外勘探的概念。自二十世纪六十年代中期起，在加拿大和美国等国家进行了试验研究，到70年代取得了一些进展[2]，1974年Edwards等[3]使用了较为先进的仪器进行了首次磁电阻率探测野外试验，提出了MMR异常的概念，并指出磁电阻率法相对于传统的电阻率法在良导覆盖层下的异常成像方面可能具有一定的优越性。后来Howland-rose等[4-5]证明了覆盖层对磁场的屏蔽比对电场的屏蔽弱。在正反演方面，Edwards总结了他的研究成果，对多种地球物理模型的MMR异常进行了推导。在二次极化电流产生的磁场的研究方面，所做工作相对较少，Seigel于1974年首先提出了MIP的概念，后来Seigel和Howland-rose[6]对几种简单的异常模型进行了公式推导和试验研究。

国内方面，20世纪70年代，傅良魁教授对磁电阻率法和磁激法极化法进行了系统的研究，并编写《磁电勘探法原理》一书，书中对一些基本模型进行了理论推导并提供了3个磁电勘探法应用实例。近年来，国内也有不少学者对磁电阻率法和磁激法极化法进行研究。2005年，邓靖武[7]采用有限差分数值模拟方法实现了磁电阻率法和磁激法极化发的三维正演，2010年，杨从涛[8]采用有限单元法实现了二维地电模型的磁电法数值模拟。中国地质大学(北京)谭捍东教授等，在磁电法勘探理论和数值模拟方面发表了多篇相关文章。2010年，李建华等[9]在内蒙古某矿区开展了少量磁电法野外试验，并于2010年9月在《地震地质》发表了《磁激电方法技术试验研究》论文，说明磁激电方法具有可行性。

1.3V8系统介绍

在深部找矿地球物理勘查仪器设备中，加拿大产V8多功能电测系统(以下简称V8)发射功率较大、探测深度较大、抗干扰较强的物探设备在金属矿勘查中得以广泛应用。粗略统计，国内引进V8设备超过80台套。V8系统可开展CSAMT、SIP、TEM等多种方法，V8系统是加拿大凤凰公司开发的多功能电法系统，是既2000和V5、V6系统之后，在此基础上吸收了近年来通讯、微电子等最新成果开发的第八代电测系统，包括轻便坚固的采集系统、GPS同步系统以及触摸式防水ASCLL键盘和可视屏幕。本研究所开展的磁电法，从发射功率、频率到数据采集参数和精度，V8系统都可以满足要求。

鉴于本研究所设计磁电法勘探方法尚无专用设备可完成数据采集，故采用V8电法系统和MT方法采用的MTC-50TM磁探头进行组合，开展野外数据采集，进行磁电法勘探方法实验研究，以期达到开展磁电法勘探研究和拓展V8系统的使用范围的目的。

2磁电法勘探理论

1984年，傅良魁教授出版的《磁电勘探法原理》中，给出了磁电法的理论依据。

磁电阻率法(MMR)和磁激发极化法(MIP)产生的地下磁场可以认为是稳定的电流场引起的，所以和传统的传导类电法的理论基础一样，符合麦克斯韦方程组，根据电磁场的特定关系，麦克斯韦方程组可以转化为式(1)～(4)。

(1)

(2)

(3)

(4)

从式(1)～(4)可以看出，为了求解磁场H，必须先求出电场E，由于电场强度E的矢量特征，引入标量电位u求解E，见式(5)。

(5)

我们通过求解标量电位u求解电场强度E，进而可以计算出磁场强度H。得到磁场强度H，可以利用磁频散率计算公式(式(6))计算不同发射频率的场源所得到的频散率。

(6)

3V8系统可用性分析

20世纪80年代，傅良魁等国内学者开展了磁电勘探法的生产应用，采用的测量仪器是地质科学院物探研究所和北京地质研究所以及北京地质局物探队联合研制的超低频微伏计和6万匝或12万匝漆包线做成的感应式探头(接收线圈)，接收仪器精度和磁探头灵敏度低，影响了勘探效果，随着电子技术的发展，电法勘探测量仪器设备有了长足的发展，为磁电勘探法的再次发展提供了仪器条件。

本次研究所采用的是V8系统和AMTC-50高分辨率磁性探头性能参数见表1。

表1　实验仪器设备性能参数

从表1可以看出，V8系统提供的性能参数完全可以满足磁电勘探法实验研究的需要，在实验过程中，经过验证，满足实验精度工作的要求。

4磁电法野外实验

使用30kW大功率发射机建场。为了减少供电时电缆产生的电磁信号影响，“U”字型布设供电电缆，AB连线平行矿体方向供电，开展中梯方式面积性测量，网度为50m×20m，测线方向垂直AB，线距50m，点距20m，测量电位时电极MN平行AB，MN=20m(图1)。试验参数采集工作使用主要主要仪器设备见表2。

图1　磁电勘探法野外测量示意图

参数名称仪器设备名称发射场源设备TXU-30发射机;MG-40A发电机电位V8网络化多功能接收机;RXU-TM时钟控制盒磁场垂直分量△HV8网络化多功能接收机;MTEM-ALMulTEMloop和AMTC-50高分辨率磁性探头;RXU-TM时钟控制盒

使用V8网络化多功能接收机测量电位，并配高精度垂直分量磁探头AMTC-50高分辨率磁性探头测量磁场。利用GPS时钟控制同步技术，实现发射机与接收机间的同步连接，完成不同频率的磁场和电位的测量。并利用不同频率测量的磁场强度和电位分别计算磁频散率和电频散率。为了使良导体或磁性体产生更强感应磁场信号，必要时将供电导线布设在AB连线上或其附近，导线与大地构成最短回路，一次磁场强度增大，二次磁场和感应电流也增强，有利于发现目标体。

磁电法实验中磁频散率、电频散率计算。

1)电频散率计算，利用实测不同频率电位成果计算。频散率是表示交流激发极化效应的参数之一，在高低两个频率供电电流相等的条件下所测电场幅值之间相对变化率，与地层中金属矿物含量、岩矿石结构构造有关，是地质找矿的重要地球物理参数。电频散率计算公式，如式(7)所示。利用实测不同频率电位成果计算频散率时，如需要可进行电流归一化处理。

(7)

式中：Ps为视频散率；ΔUD低频总场电位差；ΔUG高频总场电位差。

2)磁频散率计算，利用实测不同频率磁场成果计算。当使用高频fG供电时，极化作用较弱，沿X方向的磁场剖面曲线主要反映矿体的导电作用；用低频fD测量时，由于极化作用的增加，并且二次极化电流产生的磁场与导电性矿体一次异常电流的磁场方向相反，起抵消作用，低频总磁场强度振幅HfD会比高频总磁场强度振幅HfG小些，HfG-HfD的差值即相当于二次磁场强度值，因此，利用测量高低频率磁场，经计算获得的磁频散率即相当于测量二次磁场获得的磁极化率效果。利用测得的HfG和HfD，磁频散率计算公式，如式(8)所示。

(8)

综合提取信息，即利用野外观测获得的多种参数，进行日变改正、化极、标定、平差等多项改正处理后，采用匹配滤波法、趋势面分析法、剩余异常法、小波变换法以及上下延拓法等综合数据处理方式，消除背景异常特别是人工源引起的背景异常，提取供电前后的局部磁异常、电位异常和供电后频散率异常。详见表1。

图2　磁电法不同频率磁频散率剖面平面图

5磁电法实验结果

自2012年开始研究组就开始针对磁电勘探法的野外实验和磁电法的数值模拟开展研究。经过多次实验，确定了场源、测量方式、发射频率等参数。本次研究工作利用30kW大功率可控源发射机提供场源、V8多功能电法接收机、GPS时针控制器、低频高性能磁探头等组合仪器完成了野外数据采集工作。在某金矿测得了多个发射频率的电位和磁参数，经初步计算处理，发现2Hz、1/4Hz与1/16Hz的磁频散率异常与已知矿体吻合良好。实验结果表明该方法对浅覆盖区找矿尤其是薄层矿体识别有一定的效果。

磁电法不同频率磁频散率剖面平面图见图2。

图2中黑线为已知矿体位置和深度，可以看出在矿体位置频散率有明显异常。

6结论

V8系统以其良好的稳定性和数据采集精度，可以开展多种电法方法，同时也可以与不同频率的磁探头联合使用，为新方法的实验，提供良好的实验参数采集，本文在新方法实验研究中就是利用了V8系统的这一优点，完成了数据采集，同时也为V8系统拓展了新的应用领域。

参考文献

[1]傅良魁.磁电勘探法原理[M].北京：地质出版社，1984.

[2]米萨克N.纳比吉安.勘察地球物理电磁法[M].北京：地质出版社，1992.

[3]Edwrds，R.N.，Nabighian，M.N.Themagnetometricresistivity(MMR)methodanditsapplicationtothemappingofafault[J].Can.J.ofearthSci.，1974，11：1136-1156.

[4]Howland-Rose，A.W.，Linfrd.G.，Pitcher，D.H.，etal.Somerecentmegneticinducedpolarizationdevelopments-part1[J].Theory.Geophysics，1980a，45：37-54.

[5]Howland-Rose，A.W.，Linfrd.G.，Pitcher，D.H.，etal.Somerecentmegneticinducedpolarizationdevelopments-part1[J].Theory.Geophysics，1980b，45：55-75.

[6]H.O.Seigel.AWHowland-Rose，induced-polarizationmethods[R].SocietyofExplorationGeophysicsts，1990.

[7]邓靖武.磁电法正演理论研究[D].武汉：中国地质大学(武汉)，2005.

[8]杨从涛.磁电勘探法二维数值模拟研究[D].北京：中国地质大学(北京)，2010.

[9]李建华，林品荣，郭鹏.磁激电方法技术试验研究[J].地震地质，2010，32(3)：492-49.

Research on the method and technology of magnetic prospecting method using V8 systems

JINRen-gui1，ZHANGJin-hui2，3，WANGQing-song2，3

(1.AnhuiTechnicalCollegeofIndustryandEconomy，Hefei230051，China；2.GeologicalExplorationTechnologiesInstituteofAnhuiProvince，Hefei230031，China；3.ElectricalExplorationKeyLibraryofAnhuiProvince，Hefei230031，China)

Abstract:During the electrical prospecting on the shallowed coverage area，Due to the supply current is easily absorbed by the low resistance coverage and deep electromagnetic signals are shielded weakened，Thin layer metal ore difficult to be identified.Based on breakthrough high resistance and low resistance layer shielding cover to obtain effective ore induced signal of ideas，We carry out the magneto electric prospecting method experimental study.Using V8 system and other instruments to complete the work of launching and receiving.The magnetic field and electric potential generated by the alternating electromagnetic field of different frequency to the excitation of the ore bodies are measured respectively.Calculate the magnetic dispersion rate and the electric dispersion rate.Extracting and comparing the local anomaly information to identify the ore bodies.A certain effect has been achieved in the identification of thin ore bodies in a gold deposit in Anhui Province，Which has extended the application range of V8 system in geological prospecting.

Key words：magnetic prospecting method；shallow overburden area；frequency dispersion；thin layer ore body identification；electrical reflectivity；V8 systems

收稿日期：2015-10-09

基金项目：安徽省国土资源厅国土资源科技项目“浅覆盖区找矿磁电勘探法新技术试验研究”资助(编号：2014-K-08)

作者简介：金仁贵(1962-)，男，汉族，安徽枞阳人，1984年毕业于长春地质学院地质仪器专业，工学学士，安徽工业经济职业技术学院电子系主任，副教授，从事电子和光电子学研究。

中图分类号：P631.3

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)04-0146-04